龙勇云

（珠海城市职业技术学院机电工程学院，广东珠海519090）

0 引 言

数控机床是高端制造业的重要组成部分，数控机床的制造、维修和升级改造已成为了一个重要内容。数控系统中的PMC模块控制着数控机床的主轴倍率、进给倍率、快速倍率、急停、润滑、冷却、加工中心换刀、排屑等重要功能。国内学者[1-7]对FANUC 0i数控系统进给倍率进行了编程研究，但对国内数控系统研究较少，对如何使用功能指令快速实现进给倍率控制缺乏研究。KND（凯恩帝）数控系统、广州数控系统和华中数控系统都是一些优秀的国产数控系统，在大力弘扬自主创新、发展自有品牌的大背景下，对国产数控系统的研究、应用及国产数控机床的升级改造显得越来越重要。进给倍率控制是数控系统的一个重要功能，例如数控加工中，导入加工程序时，一般将进给倍率旋钮旋到0%的位置，再逐步增大倍率，以确保加工的安全性，根据实际加工状态可以适时调整进给倍率，保证加工质量。

1 数控系统PMC信号及功能指令

所谓PMC（Programmable Machine Controller）[8]，就是利用内置在CNC 的PC（Programmable Controller）执行机床的顺序控制的可编程机床控制器。数控机床的顺序控制有主轴正反转、换刀、冷却、润滑、照明、排屑等。数控机床分为NC侧（系统侧）和MT侧（机床侧）两大部分。数控系统的信号交换是以PMC为中心，CNC、PMC和MT之间的信号交换通过G信号、F信号、X信号和Y信号实现。G信号是PMC发给CNC的信号，主要是使CNC改变或执行某种运行的控制信号，例如在KND系统中用G27.4表示急停信号。F信号是CNC发给PMC的信号，主要反映CNC运行状态或运行结果的信号，例如F0.5表示循环启动。X信号是MT发给PMC的信号，如机床操作面板、行程开关等。Y信号是PMC发给MT的信号，主要是机床执行元件的控制信号、状态和报警指示等，如照明输出、冷却液、主轴松刀。

2 PMC功能指令

在PMC中除了基本逻辑指令外,还有大量的实现算术运算、定时、计数、比较、程序转移等方面的指令。这些指令不可以通过普通的触点、线圈用逻辑图的形式进行表示,在梯形图中它们以功能框的形式出现,因此称为“功能指令”。在编制顺序程序时,有些功能用功能指令编程会更简单方便。功能指令格式如图1所示。

1）控制条件。控制条件的数目和意义根据功能指令而变化。ACT表示条件执行，RST表示复位。RST有最高优先权,即当RST为1,尽管ACT为0,RST动作也执行。字母A、B、C、D表示功能指令的附加控制条件，不是每一个功能指令都有，可以表示有些指令的加计数、减计数、操作数字节长度等。

2）指令名称。指令名称以助记符的形式表示, 例如TMRB（SUB24）为固定定时器,其中SUB24是功能指令编号，代表功能指令第24个,MOVB代表一字节传送指令，COMPB代表二进制数据大小判别，NUMEB代表定义二进制常数，CODB代表二进制代码转换指令。功能指令带字母B的表示操作数是二进制形式。

3）参数。与基本指令不同,功能指令可处理数字值。包含在数据中的参考数据和地址可通过参数来输入, 数目和意义随功能指令变化。不同指令含有的操作数个数可能不一样。

4）状态输出线圈W1。当功能指令的操作结果为1位二进制时(1或0),将其输出至W1,其地址由编程者自由决定。其意义根据功能指令的不同而有所变动。注意有些功能指令没有W1。

3 进给倍率PMC编程输入、输出信号分析

在KND数控系统中，数控系统的主轴倍率有0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%和150%总共16种，机床X、Y、Z的实际进给速度等于设定进给速度乘以进给倍率。数控系统在工作时到底处于何种进给倍率，如何使旋钮旋至50%，伺服轴进给速度就减少一半，如何使旋钮旋至150%，伺服轴进给速度就增加一半，这内在的原因主要是由G信号中的G27决定。信号G27占用1个字节存储单元，1个字节有8位，每一位要么是0，要么是1。G10的低四位的组合有16种，二进制0000到1111，而进给倍率刚好也是16种。所以，用G10低四位的状态来对应不同的进给倍率，如当G27的低四位组合是0000时，对应进给倍率是150%，当G27低四位组合是1111时，对应进给倍率是0%，详细的G27低四位不同组合对应不同进给倍率如表1所示，助记符*OV8、*OV4、*OV2、*OV1分别表示G27.3、G27.2、G27.1、G27.0。在数控机床操作面板上有个旋钮开关，这个旋钮开关就是一个输入信号X，本文中假设使用的输入信号是X40，主轴倍率旋钮开关也有0%～150%共16个不同位置状态，每个状态用二进制1111、1110、1101至0000表示，即用十进制的15～0表示，如表2所示。当旋钮开关旋至0%位置时，X40低四位状态是1111，当旋钮开关旋至150%时，X40低四位状态是0000。但是，如何建立起输入信号X40与倍率控制信号G27之间的对应关系成为了一个需要重点解决问题。

表1 G27主轴倍率定义

表2 输入信号X定义

4 进给倍率PMC编程

进给倍率控制过程分析，当旋钮开关旋至相应的倍率，数控机床的进给速度乘以相应的倍率，实现进给速度的增大或减小,即：当旋钮旋至0%时，X40的低四位输入为1111，G27低四位为1111；当旋钮旋至10%时，X40的低四位输入为1110，G27低四位为1110；当旋钮旋至20%时，X40的低四位输入为1101，G27低四位为1101；当旋钮旋至110%时，X40 的 低 四 位 输 入 为0100，G27 低 四 位 为0100；当旋钮旋至120%时，X40的低四位输入为0011，G27低四位为0011；当旋钮旋至130%时，X40的低四位输入为0010，G27低四位为0010；当旋钮旋至140%时，X40的低四位输入为0001，G27低四位为0001；当旋钮旋至150%时，X40的低四位输入为0000，G27低四位为0000。进一步分析，也就是当X40的低四位为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15时，G27的低四位对应也为0、1、2、3至15。因此使用COD代码变换指令来建立起X40与G27之间的对应关系，主轴倍率PMC编程如图2所示。PMC程序中，R0.1表示一个恒1信号，R0.0表示恒0信号。程序第一行MOVB指令将X40的值赋给中间寄存器R20。程序第二行是整个控制程序的关键点，CODB指令实现的是R20为0、1、2、3、4、5至15时，R21对应为0、1、2、3、4、5至15。程序第三行NUMEB指令将5以二进制形式给R21进行初始化。程序第四行COMPB指令执行R21和R30的对比，在第二个扫描周期才会相等，S0.0才会为1。程序第五行MOVB指令将R21的值给R30。程序第六行，只有当R21低四位全为1的时候，才导通。程序第七行TMRB指令实现一个短暂延时。程序第八、第九行，MOVB指令将R21的值给R60。程序最后四行，实现了将R60（R21）低四位传给了G27低四位。最后使用KNDPLC软件将程序写入数控系统。经试验验证，能够实现进给倍率控制。

5 结 语

综上所述，通过分析KND数控系统进给倍率控制信号G27与输入信号X，分析数据的传送规律，使用功能指令编制PMC程序，建立起倍率旋钮与进给倍率G信号之间的对应控制关系，最后将程序导入K2000M系统，从而实现了机床进给倍率PMC控制，为数控机床维修、调试和升级改造提供参考。

图2 主轴倍率PMC 控制程序